Data-driven Coordinated AC/DC Control Strategy for Frequency Safety
作者: Qianni Cao, Chen Shen
分类: eess.SY
发布日期: 2024-05-21
期刊: CSEE Journal of Power and Energy Systems in Jan.2025
💡 一句话要点
提出数据驱动的交直流协调控制策略，提升电力系统频率安全性。
🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)
关键词: 电力系统频率控制 交直流协调控制 数据驱动控制 紧急频率控制 可再生能源 电力电子 直流电源支持
📋 核心要点
- 传统紧急频率控制依赖负载切除，经济损失大，且难以应对高比例可再生能源带来的不确定性。
- CEFC通过协调交直流电源，利用直流电源的快速调节能力，减少对传统负载切除的依赖。
- 该方法基于实时数据驱动，能够适应不同的运行条件，并在保证频率安全的同时降低控制成本。
📝 摘要（中文）
随着可再生能源和电力电子转换器渗透率的提高，低频事件中不可预测的运行条件和强不确定性给紧急频率控制（EFC）带来了挑战。另一方面，基于转换器的电源的快速可调节性为减少传统EFC负载切除造成的经济损失提供了机会。通过集成直流电源紧急支持，设计了一种数据驱动的交直流协调控制策略——协调紧急频率控制（CEFC），用于频率安全。CEFC协调紧急直流电源支持（EDCPS）和传统负载切除的启动和控制量。基于实时电力系统响应数据，CEFC在非预期运行条件和大功率缺额下，以最小的控制成本确保系统频率安全。严格提供了数据驱动建模误差不影响电力系统频率控制策略精度的充分条件。仿真结果表明了CEFC的适应性、预测精度和控制有效性。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在解决高比例可再生能源接入下，电力系统在发生低频事件时，传统紧急频率控制策略（主要依赖负载切除）经济性差、适应性不足的问题。现有方法难以应对可再生能源带来的不确定性，且负载切除会造成较大的经济损失。
核心思路：论文的核心思路是利用直流电源的快速可调节性，通过协调交直流电源的控制，在保证系统频率安全的前提下，尽可能减少负载切除量，从而降低经济损失。采用数据驱动的方法，使控制策略能够适应不同的运行条件和系统状态。
技术框架：CEFC包含以下主要模块：1) 数据采集与处理模块，用于获取实时的电力系统运行数据；2) 数据驱动的系统响应预测模型，用于预测系统在不同控制策略下的频率响应；3) 协调控制决策模块，基于预测结果，确定EDCPS的启动时间和控制量，以及负载切除量；4) 控制指令执行模块，将控制指令发送给相应的设备。
关键创新：该方法最重要的创新点在于：1) 提出了交直流协调的紧急频率控制策略，充分利用了直流电源的快速调节能力；2) 采用数据驱动的方法，使控制策略能够适应不同的运行条件和系统状态；3) 提供了数据驱动建模误差不影响控制策略精度的充分条件，保证了控制策略的可靠性。
关键设计：论文中，数据驱动模型（具体模型类型未知）是关键。控制决策模块的目标是最小化控制成本（主要指负载切除量），同时满足频率安全约束。论文给出了保证控制策略精度的充分条件，但具体实现细节（如损失函数、网络结构等）未知。
📊 实验亮点
仿真结果表明，CEFC能够有效地保证系统频率安全，并显著降低负载切除量，从而降低经济损失。具体的性能数据（如负载切除量降低百分比、频率偏差改善程度等）未知，但论文强调了CEFC的适应性、预测精度和控制有效性。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于含有高比例可再生能源的电力系统中，提高系统频率安全性，降低紧急频率控制的经济成本。通过协调交直流电源，可以更有效地应对电力系统中的各种扰动，提高系统的稳定性和可靠性。未来，该方法可以进一步扩展到包含更多类型电源和负荷的复杂电力系统中。
📄 摘要（原文）
With high penetrations of renewable energy and power electronics converters, less predictable operating conditions and strong uncertainties in under-frequency events pose challenges for emergency frequency control (EFC). On the other hand, the fast adjustability of converter-based sources presents opportunities to reduce economic losses from traditional load shedding for EFC. By integrating DC power emergency support, a data-driven coordinated AC/DC control strategy for frequency safety - Coordinated Emergency Frequency Control (CEFC) - has been designed. CEFC coordinates both the initiation and control amount of emergency DC power support (EDCPS) and traditional load shedding. Based on real-time power system response data, CEFC ensures system frequency safety at a minimum control cost under non-envisioned operating conditions and large power deficits. A sufficient condition where data-driven modeling errors do not affect the precision of the control strategy for power system frequency is rigorously provided. Simulation results demonstrate CEFC's adaptability, prediction accuracy, and control effectiveness.